王亮 付廷美 山東新匯建設(shè)集團(tuán) 257091
利津縣黃河灘區(qū)地下水資源開(kāi)發(fā)及利用研究
王亮 付廷美 山東新匯建設(shè)集團(tuán) 257091
黃河灘區(qū)由黃河沖積而成,沿河流方向呈條帶狀展布于平原之上,長(zhǎng)度很大,寬度較窄,具有特殊的水文地質(zhì)條件。1996年水利部門(mén)對(duì)東營(yíng)市轄區(qū)黃河兩岸灘區(qū)進(jìn)行了地下水探測(cè),圈定了宜井區(qū)和可開(kāi)采區(qū)的淡水底板埋深界面、含水砂層厚度及相應(yīng)的地下水開(kāi)發(fā)工程和開(kāi)發(fā)量,經(jīng)探測(cè),黃河兩岸灘區(qū)淡水儲(chǔ)存量豐富,淡水層埋深處于可開(kāi)采范圍內(nèi),區(qū)域內(nèi)有條件采取淺井、聯(lián)井及廊道井進(jìn)行地下水資源開(kāi)發(fā)。
地下水;水文計(jì)算;取水工藝
利津縣地處退海之地,地下水受海水影響顯著,除局部存在少量地下淡水體外,大部分地下水體為苦咸水,不具備飲用水功能,是我省地下淡水資源緊缺的地區(qū)之一。利津縣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水主要依靠黃河。隨著利津縣工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和居民生活水平的提高,用水量日益增大,而城區(qū)附近調(diào)蓄水庫(kù)較少,供需矛盾突出,水資源問(wèn)題已經(jīng)成為阻礙利津縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平提高的重要因素。
在這種條件下,進(jìn)行黃河灘地地下水資源的開(kāi)發(fā)利用,用于利津縣城區(qū)及附近村莊居民的生活用水,對(duì)減少當(dāng)?shù)卣{(diào)蓄水量的消耗、緩解利津縣水資源供需矛盾具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和現(xiàn)實(shí)意義。
經(jīng)過(guò)初步分析、測(cè)算,開(kāi)采灘區(qū)及河床潛流,可迅速得到黃河的徑流補(bǔ)給,區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)具有水質(zhì)好、成本低、少占地特點(diǎn),具有很好的開(kāi)發(fā)潛力和開(kāi)采價(jià)值。
本工程項(xiàng)目區(qū)范圍為山東省東營(yíng)市利津縣城區(qū)東部黃河灘地。具體研究區(qū)域東西以黃河兩岸大堤為界,北至勝利干渠附近,南至宮家閘處。灘區(qū)北部距離利津水廠最距離為4.88km,南部距離水廠最遠(yuǎn)距離為7.41km。灘區(qū)總面積8.84平方千米。
圖1
根據(jù)《供水水文地質(zhì)手冊(cè)》中提出的地下水資源分類(lèi)方案,地下水資源分為補(bǔ)給量、儲(chǔ)存量、消耗量,其中消耗量分為允許開(kāi)采量、天然消耗量。
(1)儲(chǔ)存量
儲(chǔ)存量按以下公式計(jì)算:
式中:Q靜——儲(chǔ)存量(m3);
F ——淡水體面積(m2);
H ——淡水體的平均厚度(m);
μ——給水度。
經(jīng)計(jì)算,儲(chǔ)存量為1989萬(wàn)m3。
(2)補(bǔ)給量
補(bǔ)給量包括徑流補(bǔ)給量、降雨補(bǔ)給量和灌溉補(bǔ)給量。其中徑流補(bǔ)給量即黃河徑流補(bǔ)給量,降雨補(bǔ)給量為自然降雨入滲水量,灌溉補(bǔ)給量為農(nóng)田灌溉入滲水量,因項(xiàng)目區(qū)農(nóng)作物種植面積較小,故本項(xiàng)目不計(jì)灌溉補(bǔ)給量。
①?gòu)搅餮a(bǔ)給量
徑流補(bǔ)給量按以下公式計(jì)算:
式中:Q補(bǔ)——開(kāi)采過(guò)程中徑流補(bǔ)給量;
I——水力坡度,受開(kāi)采量的影響而變化;
K——滲透系數(shù)(m/天);
M ——含水層平均厚度(m);
B——補(bǔ)給斷面的寬度(m)。
圖2 徑流補(bǔ)給示意圖
因水力坡度I受黃河水位的影響較大,徑流補(bǔ)給量按豐水期和枯水期兩種情況分別進(jìn)行計(jì)算,經(jīng)計(jì)算豐水期徑流補(bǔ)給量為4.80萬(wàn)m3/天,枯水期徑流補(bǔ)給量為4.46萬(wàn)m3/天。
②降水補(bǔ)給量按以下公式計(jì)算:
式中:Q降——降水補(bǔ)給量(m3/年);
P ——年均降水量,mm;
F ——降水接收面積,km2;
α——降水入滲系數(shù),取0.24。
經(jīng)計(jì)算,降水補(bǔ)給量為1349萬(wàn)m3/年,即3696m3/天。
③補(bǔ)給量
補(bǔ)給量為徑流補(bǔ)給量和降水補(bǔ)給量的總和,經(jīng)以上計(jì)算,項(xiàng)目區(qū)豐水期補(bǔ)給量為5.17萬(wàn)m3/天,枯水期補(bǔ)給量為4.46萬(wàn)m3/天。
(3)可開(kāi)采量
可開(kāi)采量按以下公式計(jì)算:
式中:Q可采——地下水可開(kāi)采量;
Q 總補(bǔ)——地下水總補(bǔ)給量;
ρ——可開(kāi)采系數(shù)(數(shù)值小于1.0),取 0.8。
綜合以上分析計(jì)算,本地區(qū)豐水期可開(kāi)采量為4.13萬(wàn)m3/天,枯水期可開(kāi)采量為3.57萬(wàn)m3。
(4)水質(zhì)
根據(jù)物探資料和已有資料中對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)分析,黃河灘地河床附近地下淡水體上部是粉土粉砂為主的弱含水層,下部含水層主要是細(xì)砂,導(dǎo)水富水性比上部好,是較好的天然過(guò)濾器,地表水經(jīng)過(guò)過(guò)濾后,河床附近水質(zhì)較好。河水和地下水毒理學(xué)指標(biāo)、細(xì)菌學(xué)指標(biāo)皆不超出飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),黃河河水和灘地地下水皆未受到人為的污染或輕微受到人為的污染,水質(zhì)符合類(lèi)Ⅱ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),是優(yōu)質(zhì)的生活用水水源。
(1)取水方式
利津縣黃河灘區(qū)地下水資源開(kāi)發(fā)利用屬于傍河取水,工程布置中可以采用筒井、輻射井、小徑井群三種型式。
結(jié)合三種型式的單井出水量、本地區(qū)實(shí)際情況,本工程擬采用輻射井與筒井相結(jié)合的方式提取地下淡水。
(2)單井出水量計(jì)算
筒井的單井出水量按以下公式計(jì)算:
式中: Q——單井出水,m3/d;
H ——含水層厚度,m;
h0——井中水深,m;
R ——影響半徑,m;
r0——井半徑,m;
k ——滲透系數(shù),m/s;經(jīng)計(jì)算,單井出水量為319m3/天。輻射井的單井出水量按以下公式計(jì)算:
式中:Q——輻射井總出水量,m3/天;
k ——滲透系數(shù),m/天;
n ——輻射管的根數(shù);
q ——單根輻射管出水量,m3/天.根;
m ——含水層厚度,m;
h ——?jiǎng)铀灰韵潞畬雍穸?,m;
R ——影響半徑,m;
l ——輻射管長(zhǎng)度,m;
經(jīng)計(jì)算,輻射井單井出水量為2299m3/天。
(3)工程設(shè)計(jì)
①輻射井
集水井的孔徑4m,井深平均為26m,輻射管24根,輻射管直徑100mm,單根輻射管長(zhǎng)30m,三層布設(shè),層距1.5m,每層8根。水平輻射管為雙螺紋無(wú)毒塑料濾水管,孔眼直徑6 ~8mm,空隙率一般為1.4%~3.0%,外包40 ~ 80目的尼龍網(wǎng)套。
圖3 輻射井圖
②筒井
筒井直徑1.0m,由井臺(tái)、井壁管、濾水管、沉淀管組成。井管及濾水管用礫石水泥管材。沉淀管為鋼筋混凝土管。礫石水泥管用水泥與礫石制成。井臺(tái)供安裝機(jī)械并保護(hù)井身。
圖4 筒井圖
(4)工程布局
井群水源工程包括水源井及水泵、匯流管網(wǎng)和集水池,是多節(jié)點(diǎn)供水系統(tǒng)。本工程管網(wǎng)布置成樹(shù)枝狀,在每個(gè)樹(shù)枝的終端為井和泵站。潛水泵抽升經(jīng)集水管匯流至集水池,然后加壓供給利津縣城水廠。
項(xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)布置輻射井15眼,筒井19眼??拷S河大堤側(cè)均布置輻射井,井間距500m,為干擾井群。區(qū)域內(nèi)其余面積分散布置輻射井、筒井,其中輻射井間距800m,筒井間距300m,為非干擾井群。集水池位于利津縣張家灘以東200m處。本工程取水設(shè)施、匯水、集水管網(wǎng)埋深在地面以下不小于2.0m。
圖5
綜合以上分析,黃河灘地地下水資源開(kāi)發(fā)具有補(bǔ)給條件好、速率快、供水保證率高等優(yōu)點(diǎn),本工程成本低、水量穩(wěn)定、水質(zhì)較好、無(wú)須占用土地,是良好的備用水源,具有良好的開(kāi)采價(jià)值。
[1]水利工程水利計(jì)算規(guī)范.Sl104-1999機(jī)井技術(shù)規(guī)范.SL256-2000
10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.012